7. programa de modelagem operacional da pluma …licenciamento.ibama.gov.br/dragagem/dragagem -...

7. PROGRAMA DE MODELAGEM OPERACIONAL DA PLUMA DE SEDIMENTOS ................ 1

7.1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS ......................................................................................................................... 1

7.2. METODOLOGIA ........................................................................................................................................ 1

7.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................................................... 30

7.3.1.Atividades desenvolvidas no 1º semestre: Fevereiro a Junho de 2010 ......................................... 31

7.3.2.Atividades desenvolvidas no 2º semestre: Junho a Novembro de 2010 ....................................... 32

7.4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................... 85

7.5. CRONOGRAMA....................................................................................................................................... 86

7.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................................. 87

7.7. EQUIPE TÉCNICA .................................................................................................................................... 91

7.8. ANEXO ................................................................................................................................................. 91

Programa 07 - 1

7. Programa de Modelagem Operacional da Pluma de Sedimentos

7.1. Introdução e Objetivos

Este programa tem a finalidade de fornecer previsões meteorológicas e

oceanográficas customizadas na região da Baía de Santos e zona costeira

adjacente, para dar suporte ao monitoramento das atividades de dragagem da

realizadas no Porto Organizado de Santos.

No âmbito do projeto de aprofundamento do Porto de Santos, é de extrema

importância o monitoramento das condições meteorológicas e oceanográficas

para auxiliar o planejamento das operações de dragagem e descarte pela

Codesp. Neste contexto, além das previsões meteorológicas e oceanográficas

descritas acima, este projeto também proporcionará à Codesp uma ferramenta de

gestão, capaz de avaliar em que condições ambientais (ventos, marés, ondas e

circulação oceânica) poderão ocorrer o transporte da pluma de descarte de

material dragado para a costa ou em direção a recursos naturais específicos.

A seguir são descritas as atividades realizadas no período de 15 de Junho a

01 de Dezembro de 2010, referente ao programa de “Modelagem Operacional da

Pluma de Sedimentos” - PBA 07. Uma descrição detalhada das atividades

realizadas no período anterior (28 de dezembro de 2009 a 14 de junho de 2010)

foi apresentada no Primeiro Relatório Semestral de Atividades (Fundespa, 2010).

7.2. Metodologia

Para este programa, de forma a atender os objetivos específicos da Codesp,

está sendo utilizada uma combinação de dados ambientais e diferentes tipos de

modelos computacionais (hidrodinâmico, ondas, atmosférico, de descarte de

material dragado, e de transporte de sedimentos) para implementação de um

sistema operacional. O produto final será uma ferramenta de gestão que dará

suporte às tomadas de decisões para atividades marítimas envolvendo as

operações de dragagem e descarte da Codesp.

Programa 07 - 2

Para atender esta demanda é necessária uma combinação das informações

de: (1) operação de dragagem; (2) modelagem atmosférica para previsão do

campo de ventos; (3) modelagem hidrodinâmica para previsão do campo de

correntes; (4) modelagem de ondas para determinação do clima de ondas

incidente e, finalmente (5) modelagem da operação de descarte e dispersão da

pluma utilizando o modelo SSFATE. Posteriormente, são elaborados os boletins e

previsão conforme apresentado no Plano de Trabalho.

7.2.1. Modelagem Atmosférica

A fim de proporcionar resultados que reproduzam as características da

circulação local da região de Santos foi implementado um modelo atmosférico

regional em modo operacional. O modelo escolhido foi o núcleo Nonhydrostatic

Mesoscale Model (NMM) do Weather Research and Forecasting (WRF- Janjic,

2003). O WRF-NMM foi desenvolvido pelas instituições National Oceanic and

Atmospheric Administration (NOAA)/National Centers for Environmental Prediction

(NCEP) e foi projetado para ser um código do estado da arte da modelagem

atmosférica regional, portátil, flexível e que seja eficiente em um ambiente de

computação paralela. O WRF é adequado para aplicações em diversas escalas,

variando de metros a milhares de quilômetros.

O WRF contém três sub-componentes principais: WRF Preprocessing

System (WPS); NMM solver; e WRF-NMM solver.

As funções do WPS são usadas para definir o domínio da simulação;

interpolar dados terrestres (como topografia, uso do solo e tipos de solo) para o

domínio da simulação; ler e interpolar os dados meteorológicos de outro modelo

para o domínio do WRF. Os dados processados pelo WPS vêm de simulações de

modelos de grande escala.

O núcleo do modelo integra no tempo o estado da atmosfera para produzir a

previsão. Este núcleo é formulado utilizando princípios físicos básicos, como a

conservação de massa, conservação de momento, conservação de energia

termodinâmica e a equação da transferência radiativa. As principais variáveis

previstas pelo modelo são: pressão, temperatura, umidade específica, quantidade

Programa 07 - 3

de água condensada em nuvens, energia cinética turbulenta e componentes do

vento. Algumas importantes características do modelo são:

• Modelo compressível, não-hidrostático;

• Coordenada vertical híbrida (pressão-sigma);

• Grade E de Arakawa;

• Conservação de quantidades de primeira e segunda ordem, incluindo

energia (Janjic, 1984);

• Opções físicas para superfície, camada limite planetária, radiação

atmosférica e de superfície, microfísica e convecção de cumulus;

• Aninhamento de diversas grades.

O programa WPP foi elaborado para interpolar os arquivos de saída do

modelo em níveis de pressão e projeções padrões em um arquivo de formato

netcdf.

O WRF-NMM está sendo forçado com dados de previsão global do modelo

GFS/NCEP (resolução espacial de 0,5º e resolução temporal de 3 horas). Para

melhor resolver a dinâmica da região de interesse foram elaboradas duas grades

aninhadas, que proporcionam uma alta resolução espacial do modelo. A primeira

grade foi implementada para a costa do SE do Brasil (resolução espacial de

aproximadamente 10 km) e a segunda grade para a costa de São Paulo

(resolução espacial de aproximadamente 3 km), centrada na região de Santos

(Figura 7.2.1-1). A resolução final obtida proporciona representação satisfatória de

circulações de escala local (como a circulação associada à brisa marítima) que

são essenciais para a definição das condições do tempo na região e para a

forçante do modelo hidrodinâmico de alta resolução. O modelo é integrado em 38

níveis, com maior resolução em níveis próximos à superfície.

Como produto final, o modelo fornece resultados horários para 3 dias, que

fundamentam as previsões meteorológicas descritivas dos boletins e fornecem

informações de temperatura do ar, pressão atmosférica ao nível do mar,

quantidade de nuvens, precipitação, direção e intensidade do vento. Além disto,

Programa 07 - 4

as previsões de pressão e vento em superfície são utilizadas para forçar o modelo

hidrodinâmico de alta resolução.

Figura 7.2.1-1. Domínios das duas grades do WRF.

7.2.2. Modelagem de Ondas

A remobilização de sedimentos tem como principal agente a circulação

oceânica junto ao fundo. Do ponto de vista do transporte de partículas, esta

velocidade na camada limite de fundo é o resultado da composição da corrente de

fundo com a velocidade orbital de ondas junto ao fundo. Portanto, para estudos

numéricos desta natureza é de grande importância a incorporação do sinal

dinâmico associado ao campo de ondas.

Para simulação dos campos de ondas são utilizados os modelos

WAVEWATCH III (WW3) e SWAN (Simulating Waves Nearshore).

O WW3 (Tolman, 1997, 1999, 2009) é um modelo de ondas de terceira

geração (os quais não assumem qualquer tipo de restrição quanto à forma do

Programa 07 - 5

espectro) desenvolvido pela NOAA/NCEP e que permite descrever a geração e

propagação das ondas no oceano.

O modelo é baseado em uma descrição física detalhada das interações

entre a atmosfera e o oceano e produz resultados estatísticos da evolução das

ondas marinhas no tempo utilizando a equação do balanço da ação espectral

(Komen et al., 1994). Para resolver esta equação, faz uso do número de onda k e

da direção de onda θ. Implicitamente, tal equação considera as variações das

escalas espaciais e temporais das componentes do espectro, assumindo que

sejam espacialmente pequenas as variações na intensidade das correntes.

De acordo com Palmeira (2006), uma vez que a densidade da ação é

conservada, o modelo considera o espectro da densidade de ação como A(k,θ) =

F(k,θ) / σ para os cálculos. A propagação de ondas é descrita por:

σS

DtDA

=

sendo que S / σ representa as fontes e sumidouros de energia enquanto σ é a

freqüência intrínseca, relacionada ao comprimento de onda pela relação de

dispersão da Teoria Linear:

σ2 =gk tanh (kd)

onde d é a profundidade média.

A freqüência intrínseca é relacionada à frequência absoluta (ω ) pela

equação de Doppler:

Uk ⋅+= σω

Programa 07 - 6

sendo U o vetor velocidade média da corrente, tanto no tempo quanto na

profundidade.

Sendo assim, em um sistema euleriano, o espectro é A(k,θ,x,t) é dado por:

σθ

θSAAk

kAx

tA

x =∂∂

+∂∂

+⋅∇+∂∂ ...

onde:

Ucx g +=.

sUk

sd

dk

∂∂

−∂∂

∂∂

−=σ.

∂∂

−∂∂

∂∂

−=mUk

md

dkσθ 1.

sendo que cg é o vetor velocidade de grupo, s é a coordenada na direção θ e m é

uma coordenada perpendicular a s

O modelo inclui a refração e a deformação do campo de ondas devido a

variações da profundidade média da coluna de água no tempo e espaço. Ele

também conta com módulos de parametrização de fenômenos como:

• Crescimento ou decaimento no tamanho da onda devido à ação do

vento;

• Interações não-lineares ressonantes;

• Atrito com o fundo;

• Quebra da onda induzida pela profundidade;

• Espalhamento devido a interações entre a onda e o fundo oceânico.

Programa 07 - 7

O SWAN é um modelo numérico de ondas de superfície utilizado para obter

estimativas do espectro de ondas em áreas costeiras, lagos e estuários. Este

modelo é de domínio público e foi desenvolvido por pesquisadores de várias

instituições, sendo atualmente mantido e atualizado pela Delft University of

Technology. O modelo é baseado em uma equação de balanço de energia, e

segue a mesma filosofia de modelos de ondas de terceira geração (e.g.

WWATCH e WAM), mas com física de ondas apropriada para águas rasas.

No SWAN as ondas são descritas em um espectro de densidade de ondas

bi-dimensional, até quando fenômenos não lineares são dominantes (e.g. zona de

arrebentação). A evolução do espectro de onda é descrita pela equação de

balanço de energia espectral, que em coordenadas cartesianas pode ser descrita

por:

σθσ θσSNcNcNc

yNc

xN

t yx =∂∂

+∂∂

+∂∂

+∂∂

+∂∂ Equação 7.2.2-1

O primeiro termo do lado esquerdo da Equação 7.2.2-1 representa a

variação local da densidade de energia, o segundo e terceiro termo representam

a propagação da energia no espaço geográfico (com a propagação das

velocidades cx e cy no espaço em x e em y, respectivamente). O quarto termo

representa as mudanças da frequência devido às variações da profundidade e ao

campo de corrente. O quinto termo representa a refração induzida pelo campo de

corrente e pelas variações de profundidade (com velocidade de propagação cө no

espaço ө). A expressão para esta velocidade de propagação é obtida pela teoria

de ondas não lineares (e.g. Whitham, 1974; Dingemans, 1997). O termo S, no

lado direito da equação, é o termo de geração de densidade de energia

representando efeitos de geração, dissipação e interações não lineares entre

ondas.

Uma das principais feições que difere o SWAN dos outros modelos de ondas

de terceira geração é a capacidade de resolver a interação não linear entre

ondas, tanto em águas profundas quanto em águas rasas. A interação não linear

entre as ondas em águas profundas é dominada pelas interações quádruplas,

Programa 07 - 8

onde a energia é transferida do pico espectral para frequências mais altas (onde a

energia é dissipada pelos “carneirinhos”) e baixas (movendo o pico de frequência

para valores menores). A computação completa das interações quádruplas

consome muito tempo e envolve grande esforço computacional. No SWAN, esta

interação é computada através do método de Aproximação Interação Discreta

(DIA)1

Para este estudo, foram utilizadas duas grades do WW3 e uma grade do

SWAN. A primeira grade (WW3 Brasil), de maior escala, possui 117 x 167 pontos

e cobre a costa brasileira. A segunda grade (WW3 Sudeste) está focada na costa

sudeste do Brasil e possui 201 x 141 pontos. Por fim, a terceira grade (SWAN SP)

abrange a costa de SP, centrada na região de estudo, e possui 110 x 49 pontos.

Para todas as grades, os dados de profundidade foram obtidos através da

digitalização dos valores batimétricos das cartas náuticas da DHN e, também, a

partir de dados batimétricos extraídos do ETOPO 2, obtido no NGDC

(Hasselmann et al., 1985), que reduz o tempo computacional e tem se

mostrado hábil para resolver as principais características de evolução do espectro

de ondas (Komen et al., 1994). Em águas rasas, a interação tripla entre ondas

transfere energia de frequências mais baixas para frequências mais altas,

geralmente resultando em harmônicos maiores (Beji & Battjes, 1993).

Eldeberky & Battjes (1995) foram os primeiros a elaborar uma formulação

computacionalmente viável de ser implementada no SWAN para interações de

ondas triplas.

2

Figura 7.2.2-1

. Os

domínios das duas grades são apresentados na .

1 DIA – Discrete Interaction Approximation.

2 National Geophysical Data Center da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Programa 07 - 9

Figura 7.2.2-1. Domínios das grades do modelo de ondas WW3 Brasil, WW3 Sudeste e SWAN SP. A escala de cores representa a batimetria da região.

Os resultados do WW3 global são utilizados para forçar uma grade de meso-

escala focada na costa brasileira (WW3 Brasil) e seus resultados são utilizados na

borda de uma grade local (WW3 Sudeste), que por sua vez forçam a grade final

(SWAN SP) com foco na região de interesse. O campo de vento utilizado é

proveniente de dados de previsão do GFS/NCEP. Os dados de vento foram

projetados para todas as grades.

Os resultados finais da modelagem de onda fornecem informações de altura

máxima, altura significativa, altura de swell, altura de seawind, período de pico e

direção de pico das ondas para os boletins e para a modelagem da pluma de

sedimentos.

Programa 07 - 10

7.2.3. Modelagem Hidrodinâmica

7.2.3.1. Modelo POM

O modelo hidrodinâmico regional utilizado é Princeton Ocean Model (POM

Blumberg & Mellor, 1987). A formulação deste modelo possui estrutura

tridimensional, não linear, com as equações hidrodinâmicas escritas na forma de

fluxo, sob as aproximações de Boussinesq e hidrostáticas. Este modelo permite

também a utilização de grades curvilíneas, de coordenadas σ na vertical e a

resolução das camadas turbulentas de superfície e de fundo, por meio de um

submodelo de fechamento turbulento de 2a ordem.

No sistema de coordenadas σ, a coordenada z é escalonada de acordo

com a profundidade da coluna d’água local, conforme mostra a equação abaixo,

onde D é a profundidade local, η a elevação da superfície e H a profundidade

média local:

Dz ησ −

=

onde

),,(),(),,( tyxyxHtyxD η+= .

Nesta formulação também está incluído um submodelo de fechamento

turbulento, para o cálculo dos coeficientes de mistura turbulenta vertical. O

fechamento turbulento de 2a ordem utiliza os resultados das equações da energia

cinética turbulenta e da escala de comprimento de turbulência, no cálculo dos

coeficientes cinemáticos de viscosidade e de difusão turbulenta de calor e sal na

vertical (Mellor & Yamada, 1982). Estes cálculos são efetuados com base em

relações empíricas, que utilizam constantes estabelecidas em experimentos de

laboratório e em observações de campo. Com o fechamento turbulento de

2a ordem, o modelo reproduz de maneira mais realística as camadas de Ekman,

de superfície e de fundo.

Programa 07 - 11

Além dos aspectos específicos acima mencionados, o modelo adota

soluções largamente utilizadas na literatura, como gradeamento do tipo C de

Arakawa e métodos de integração diferentes na horizontal e na vertical –

integração horizontal e temporal explícita e vertical implícita. Por meio destes

procedimentos, elimina-se a restrição temporal na vertical, permitindo o uso de

maior resolução nas camadas de Ekman de superfície e de fundo.

O modelo apresenta uma superfície livre e dois intervalos de tempo distintos,

um para o modo de oscilação externo e outro para o interno. O modo externo

(barotrópico) usa um intervalo de tempo menor, baseado na condição de

estabilidade computacional de Courant-Friedrichs-Levy (CFL). O modo interno

(baroclínico) usa um intervalo de tempo mais longo (spliting mode).

As condições de contorno naturais do modelo são dadas pela velocidade

normal nula nos contornos terrestres. Na superfície livre, além das condições

dinâmicas locais (Mellor & Yamada, 1982), é também considerada a tensão de

cisalhamento do vento. No fundo, são aplicadas as condições dinâmicas descritas

em Mellor & Yamada (op. cit.). A velocidade de arrasto é calculada como uma

função empírica da energia cinética turbulenta, por sua vez decorrente do

fechamento turbulento de segunda ordem.

Nos contornos artificiais são aplicadas condições de contorno para a

definição do comportamento das propriedades modeladas nos limites oceânicos

do domínio estudado. Estas condições de contorno são definidas para elevação

da superfície do mar, velocidades do modo externo (2D), velocidades do modo

interno (3D), temperatura, salinidade, velocidade vertical e energia cinética

turbulenta.

O modelo utiliza como forçantes marés do modelo global CSR3 (Center for

Space Research, da Universidade do Texas), campos bidimensionais de ventos

da previsão do modelo atmosférico global GFS/NCEP e campo tridimensional

termohalino tratado a partir dos resultados do OCCAM (Ocean Circulation and

Climate Advanced Modelling - Southampton Oceanography Centre). Nas bordas

abertas são também utilizadas condições datadas do OCCAM para elevação,

velocidade barotrópica, temperatura e salinidade.

Programa 07 - 12

A discretização do domínio foi realizada por intermédio da interpolação das

variáveis de entrada do modelo (cotas batimétricas, temperatura e salinidade) e

sua projeção numa grade curvilínea, com resolução horizontal variável. A grade

final gerada considera a costa do SE do Brasil e possui 23 níveis verticais. Para a

região da plataforma, os dados de profundidade foram obtidos através da

digitalização dos valores batimétricos das cartas náuticas da DHN3

Figura 7.2.3.1-1

, nos 70, 1.100,

1.131, 1.400, 1.420, 1.700, 1.800, 1.820 e 1.824. Para a representação

topográfica da região do talude e planície abissal foi também utilizada a base de

dados batimétricos extraída do ETOPO 2 obtido no NGDC, reamostradas para um

espaçamento de 10’. Visando o ajuste fino da batimetria à linha de costa e as

camadas de sistemas de informações geográficas (SIG) utilizadas pelos modelos

matemáticos implementados na região, foram utilizadas também informações

provenientes de imagens de satélite, complementando a base de dados

batimétricos na área. Os resultados finais da discretização da área e projeção da

batimetria estão ilustrados na .

A implementação deste modelo proporcionou a representação tri-

dimensional do campo da Corrente do Brasil e da circulação de plataforma e

costeira. Seus resultados fornecem informações de corrente e elevação de

superfície para a região, além de serem utilizados como forçante para o modelo

hidrodinâmico de alta resolução espacial.

3 Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha.

Programa 07 - 13

Figura 7.2.3.1-1. Grade computacional do modelo hidrodinâmico POM e projeção da batimetria.

7.2.3.2. Modelo DELFT

A implementação do modelo hidrodinâmico para a região litorânea central do

estado de São Paulo, para o cálculo dos campos de correntes, é baseada no

modelo Delft3D-FLOW (Deltares, 2009a,b). Optou-se pela utilização deste modelo

com o objetivo de resolver o problema de hidrodinâmica em escala espacial e

temporal adequada para as aplicações finais (determinação do campo de

Programa 07 - 14

correntes e elevação de nível da superfície d’água) e, simultaneamente, manter

os custos computacionais em níveis razoáveis. A possibilidade de se trabalhar

com grades altamente ajustáveis aos contornos foi uma característica

determinante para a escolha deste modelo. A acomodação da grade numérica à

linha de costa permite uma apurada representação do corpo d’água em estudo.

O sistema de modelos Delft3D é capaz de simular a circulação

hidrodinâmica como resposta a forçantes baroclínicas e barotrópicas, assim como

a transferência de momentum ao sistema hidrodinâmico decorrente do sistema de

ventos. Além disso, este sistema atualiza a cada passo de tempo as cotas

batimétricas decorrentes de alterações geomorfológicas de fundo (erosão e

deposição de sedimentos), além do transporte de sedimentos (de fundo e em

suspensão na coluna d’água).

A implementação do modelo hidrodinâmico na região de estudo foi baseada

em um sistema de equações de águas rasas tridimensionais. O sistema de

equações consiste nas equações horizontais de movimento (momentum), na

equação de continuidade e nas equações de transporte para constituintes

conservativos. Tal conjunto de equações é derivado das equações tridimensionais

de Navier-Stokes para um fluído incompressível.

Para este estudo foram considerados os termos não-lineares de aceleração

convectiva, Coriolis e viscosidade horizontal turbulenta. As aproximações para

utilização de coordenadas curvilíneas ortogonais são consideradas na solução

numérica da formulação descrita. Estas aproximações para grades numéricas

utilizam-se de funções de transformação entre os espaços físicos e numéricos.

Tais funções de transformações são obtidas por meio da solução de um conjunto

acoplado de equações diferenciais parciais elípticas e quase-lineares.

A solução do esquema numérico é iniciada pelo mapeamento da geometria

do domínio no espaço matemático, a partir da discretização da área no espaço

físico. No espaço matemático (regular) são resolvidas as equações de

continuidade e conservação da quantidade de movimento. A estrutura vertical,

quando ativada na formulação, é determinada por procedimentos explícitos com a

especificação dos termos de difusão horizontal.

Programa 07 - 15

A grade implementada representa um compromisso entre os objetivos do

projeto e a descrição dos processos dinâmicos na região de interesse, bem como

entre os recursos computacionais e o tempo de processamento necessário. A

especificação desta é feita pela fixação dos pontos de grade ao longo da linha de

costa (no plano) e pela batimetria (eixo vertical). Uma vez que estes pontos ao

longo da linha de costa são determinados, as demais características batimétricas

são associadas ao domínio.

Foi implementada uma grade numérica curvilínea com dimensões horizontal

de 131 x 173 pontos e com sete camadas sigma na vertical. O espaçamento

horizontal destas grades varia entre 3.200 m (na região de menor resolução) e

250 m (na região de maior resolução).

Na elaboração da grade foram utilizados os valores obtidos através da

digitalização de cotas batimétricas de cartas náuticas da DHN. Como na

elaboração da grade do modelo regional, também foram utilizadas informações

provenientes de imagens de satélite, complementando a base de dados

batimétricos. As cotas batimétricas foram associadas a cada ponto da grade

numérica do modelo através de interpolação triangular. Com isto, estes dados

foram incorporados ao modelo, adequando-os à resolução adotada. Os resultados

finais da discretização da área (grade numérica e batimetria) estão ilustrados na

Figura 7.2.3.2-1.

Programa 07 - 16

Figura 7.2.3.2-1. Grade computacional do modelo hidrodinâmico DELFT e projeção da batimetria.

O sistema de modelos Delft3D possibilita a utilização de contornos abertos.

Nestes contornos abertos (ou bordas abertas) podem ser atribuídas condições

forçantes (ativa) ou condições radiacionais (passivas). Quando são aplicadas

forçantes nas bordas abertas, pode-se utilizar séries temporais ou valores

constantes para diferentes variáveis pertinentes ao sistema estudado.

Nas simulações numéricas foi considerado um conjunto de três bordas

abertas. As condições hidrodinâmicas impostas a estas bordas são provenientes

dos resultados do modelo hidrodinâmico regional (POM). O vento forçante para o

modelo é obtido a partir dos resultados do modelo atmosférico (WRF). Os

resultados desta modelagem são utilizados na modelagem da pluma de

sedimentos.

Programa 07 - 17

7.2.4. Modelagem da Pluma de Sedimento

7.2.4.1. SSFATE/DREDGEMAP

O modelo utilizado para simular a dispersão da pluma de sedimentos

descartado devido às operações de dragagem de aprofundamento do canal do

Porto de Santos é um modelo desenvolvido originalmente pela USACE para

estimar concentração de sedimentos ressuspendidos na coluna d’água e padrões

de deposição resultantes de operações de dragagem (Johnson et al., 2000).

O modelo utilizado, DREDGEMAP, é uma evolução do modelo SSFATE e

pode ser utilizado tanto para estudar a dispersão e deposição de sedimentos

originários da ressuspensão durante as operações de dragagem quanto para

simular o descarte de sedimentos dragados.

O DREDGEMAP/SSFATE é um modelo de partículas para previsão do

transporte e dispersão de material em suspensão. A advecção das partículas é

baseada na simples relação de que uma partícula se move linearmente de acordo

com a velocidade local, obtida a partir de um modelo hidrodinâmico, para um

determinado passo de tempo (time step). Assume-se que a difusão da partícula

segue um processo simples de random walk (passeio aleatório).

As partículas de sedimento consideradas no modelo são divididas em cinco

classes de tamanho, como apresentadas na Tabela 7.2.4.1-1, e possuem

comportamento distinto no modelo.

Tabela 7.2.4.1-1. Classes de tamanho dos sedimentos (DREDGEMAP/SSFATE).

CLASSE TIPO DE SEDIMENTO INTERVALO DE TAMANHO (MICRAS)

1 Argila 0 - 7

2 Silte Fino 8 - 35

3 Silte Grosso 36 - 74

4 Areia Fina 75 - 130

5 Areia Grossa > 130

Programa 07 - 18

A validação do modelo SSFATE já foi documentada em uma série de notas

técnicas da DOER4

A seguir é descrita a base teórica do modelo, segundo nota técnica do

DOER (2000).

(Johnson et al., 2000), em congressos internacionais

(Anderson et al., 2001) e, em várias edições das Conferências da “Western

Dredging Association” (Swanson et al., 2004; Swanson & Isaji, 2006).

Adicionalmente, o modelo foi estendido para incluir a simulação de operações de

enterramento de cabos e dutos através de dragas tipo water jet trenchers

(Swanson et al., 2006).

7.2.4.2. Transporte de Sedimentos

As seguintes equações básicas determinam a localização de cada partícula

em cada passo de tempo da simulação:

XXX nn ∆+=+1 (Equação 7.2.4.2-1)

YYY nn ∆+=+1 (Equação 7.2.4.2-2)

ZZZ nn ∆+=+1 (Equação 7.2.4.2-3)

onde

xLTUX +∆=∆ (Equação 7.2.4.2-4)

LyTVY +∆=∆ (Equação 7.2.4.2-5)

zi LTWsZ +∆=∆ (Equação 7.2.4.2-6)

e

X,Y,Z = posição da partícula nas direções x (E-W), y (N-S) e vertical,

respectivamente;

U,V = velocidade ambiente média nas direções x e y,

respectivamente;

4 USACE Dredging Operations and Environmental Research.

Programa 07 - 19

TV∆ = passo de tempo;

Wsi = velocidade de deposição da classe i de partículas;

Lx, Ly, Lz = distância de difusão da partícula nas direções x, y e z,

respectivamente.

Assume-se que a difusão da partícula segue um processo simples de

random walk (passeio aleatório). A distância de difusão, definida como a raiz

quadrada do produto do coeficiente de difusão e do passo de tempo, é

decomposta em deslocamentos X e Y através de uma função que considera uma

variável aleatória. A distância de difusão Z é escalonada numa direção aleatória

positiva ou negativa. As equações para a difusão dos deslocamentos horizontal e

vertical são descritas como:

)2cos( RTDL hx π∆= (Equação 7.2.4.2-7)

)2sin( RTDL hy π∆= (Equação 7.2.4.2-8)

)5,0( RTDL zz −∆= (Equação 7.2.4.2-9)

onde

Dh, Dz = coeficientes horizontal e vertical de difusão, respectivamente;

R = número real aleatório entre 0 e 1.

O modelo de partículas permite ao usuário simular o transporte e o destino

de classes de partículas em decantação, e.g. areias, siltes e argilas. O destino de

misturas formadas por mais de um componente em suspensão é simulado por

superposição linear. A aproximação para partículas é extremamente robusta e

independente do sistema de grades. Assim, o método não apresenta difusão

artificial próximo aos gradientes de concentração e pode ser facilmente utilizado

para vários tipos de sedimento e diferentes tecnologias de dragagem

(e.g. mecânica, hidráulica).

Programa 07 - 20

Em adição ao transporte e dispersão, também existe uma taxa de deposição

das partículas de sedimento. A sedimentação de misturas de partículas, algumas

das quais podem ser coesivas por natureza, é um processo complicado, embora

previsível, com a interação de diferentes tamanhos de classes, i.e. a deposição de

um tipo de partícula não é independente dos outros tipos. Estes processos foram

adotados no SSFATE e são baseados em estudos prévios da USACE (Teeter,

1998).

Ao final de cada passo de tempo, a concentração de cada classe de

sedimento iC , assim como a concentração total C , é calculada numa grade

numérica de concentração. O tamanho de todas as células da grade não varia

espacial e temporalmente, com o número total de células aumentando de acordo

com movimento da pluma de sedimento em suspensão a partir da fonte de

descarte.

7.2.4.3. Velocidade de Deposição de Sedimentos

A velocidade de deposição de cada classe de tamanho de partícula, exceto

para areia grossa, é dada pelas seguintes equações (E.):

in

uli C

CaWs

=

(Equação 7.2.4.3-1)

ii

iCaC

a ∑=1

(Equação 7.2.4.3-2)

i

iulul CC

CC

i∑=1

(Equação 7.2.4.3-3)

ii

llll CCC

Ci∑=

1

(Equação 7.2.4.3-4)

onde

iulC , illC = limites de concentração superior e inferior, respectivamente, para

uma acentuada deposição da classe i de grão;

Programa 07 - 21

ia = velocidade de deposição da média máxima de uma classe de

tamanho de partículas;

ni = coeficiente empírico para cada classe de sedimentos;

C = concentração total para todas as classes de tamanho de grão

(exceto areia grossa).

Se ulCC ≥ então

aWsi = (Equação 7.2.4.3-5)

Ao passo que, se llCC ≤ , então

in

ul

lli C

CaWs

= (Equação 7.2.4.3-6)

A Tabela 7.2.4.3-1 apresenta alguns valores típicos de illC ,

iulC , ia e in para

quatro tamanhos de grão considerados no SSFATE. O modelo também considera

uma classe granulométrica superior a 4, equivalente à areia grossa (classe 5),

com valor de ia constante e igual a 0,1 m/s.

Tabela 7.2.4.3-1. Valores típicos dos coeficientes de concentração.

Classe Tamanho (micras) illC (g/cc) iulC (g/cc) ia (m/s) in 1 0-7 (argila) 50 1.000 0,0008 1,33

2 8-35 (silte fino) 150 3.000 0,0023 1,10

3 36-74 (silte grosso) 250 5.000 0,0038 0,90

4 75-130 (areia fina) 400 8.000 0,0106 0,80

7.2.4.4. Deposição de Sedimentos

A massa de sedimento é removida primeiramente a partir da maior classe de

tamanho que ocupa cada célula. A deposição para as classes restantes é, então,

computada, começando com a segunda maior classe de tamanho e avançando

em direção às menores. Tal deposição é calculada da seguinte maneira:

Programa 07 - 22

Se 05,00 ≤≤ iP , então:

11

1

+=

+

+

i

iii C

FluxCFlux

(Equação 7.2.4.4-1)

Por outro lado:

iiiii PWsCbFlux = (Equação 7.2.4.4-2)

onde,

iP = probabilidade de deposição (descrita abaixo) para cada classe i de

grão;

iC = concentração de sedimento;

iWs = velocidade de deposição calculada;

ib = parâmetro empírico que inclui todos os outros fatores que

influenciam a deposição, além do atrito.

A Tabela 7.2.4.4-1 apresenta valores típicos para o coeficiente ib , para as

quatro menores classes de tamanho de grão.

Tabela 7.2.4.4-1. Valores típicos para ib .

CLASSE ib 1 (argila) 0,2

2 (silte fino) 0,4

3 (silte grosso) 0,6

4 (areia fina) 1,0

A probabilidade de deposição iP é, então, calculada para cada tamanho de

classe, como segue, utilizando uma tensão de atrito de fundo (τ ) através do

campo de correntes:

Programa 07 - 23

1P , para a classe de tamanho 1 (argila):

−=

cd

Pττ11 , se τ < cdτ (Equação 7.2.4.4-3)

01 =P , se τ > cdτ (Equação 7.2.4.4-4)

onde cdτ é a tensão de atrito crítica para a deposição da fração argila. Um valor

típico para cdτ é 0,016 Pa.

iP , para os outros tamanhos de classe (2, 3 e 4):

0=iP , se iulττ ≥ (Equação 7.2.4.4-5)

1=iP , se illττ ≤ (Equação 7.2.4.4-6)

onde,

=iulτ tensão de atrito acima da qual nenhuma deposição ocorre para a

classe de grão i;

=illτ tensão de atrito abaixo da qual a probabilidade de deposição para a

classe de grão i é 1,0;

Para valores de τ entre illτ e

iulτ , é utilizada uma interpolação linear. Valores

típicos para illτ e

iulτ são mostrados na Tabela 7.2.4.4-2.

Tabela 7.2.4.4-2. Valores típicos para illτ e iulτ .

Classe illτ iulτ

0 0,016 0,03

1 0,03 0,06

2 0,06 0,20

3 0,20 0,90

O DREDGEMAP/SSFATE representa cada classe de sedimento através de

um conjunto de partículas cujas posições são determinadas pelo método

Programa 07 - 24

lagrangeano. A posição das partículas corresponde ao centro de uma nuvem da

distribuição Gaussiana do sedimento designado. Uma série de “pacotes” de

partículas lagrangeanas é liberada (simulando o descarte de sedimento durante

operações de dragagem) a cada passo de tempo do modelo. Cada “pacote”

consiste de 25 partículas que representam os tipos de sedimento (argila, silte fino,

silte grosso, areia fina e areia grossa) e as distribuições verticais. Para cada 5

“pacotes” liberados em simulações de 5 dias, por exemplo, o número total de

partículas lagrangeanas seria de 180.000 (25 x 5 pacotes por cada passo de

tempo (5 min.) durante 5 dias). Partículas lagrangeanas não se depositam como

um todo, mas sim como frações baseadas no cálculo do fluxo descrito nas

formulações acima. A deposição real pode continuar ocorrendo indefinidamente a

partir da massa de partículas remanescentes (para cada classe de tamanho e

locação de deposição). A distribuição da massa depositada é mapeada na mesma

grade de concentração na coluna d’água.

7.2.4.5. Ressuspensão de Sedimentos

Sedimentos que foram descartados durante o processo de dragagem e

depositados no assoalho oceânico são fundamentalmente diferentes dos

sedimentos não remobilizados sobre os quais se depositam. Os sedimentos

“novos” normalmente possuem um alto conteúdo de água, uma vez que ainda não

ocorreu consolidação do material. Como o objetivo do SSFATE é simular o

sedimento disponível na coluna d’água a partir das operações de

dragagem/descarte, e não o transporte geral de sedimentos presentes na área, os

algoritmos precisam considerar esta diferença. Os algoritmos de ressuspensão de

sedimentos utilizados no SSFATE consistem da combinação de dois esquemas:

Esquema-1: a tensão crítica de cisalhamento para ressuspensão é baseada

na massa de deposição de sedimentos acumulados recentemente (cerca de um

período de maré);

Esquema-2: Propriedades físicas existentes dos sedimentos determinam a

tensão crítica de cisalhamento para ressuspensão. Este esquema é semelhante à

formulação tradicional e o tempo de deposição não é considerado.

Programa 07 - 25

Operações de dragagem, particularmente as de manutenção, próximo de

estuários urbanos, escavam sedimentos com alto teor de silte e argila (>50%). Ao

contrário dos ciclos naturais de erosão e deposição, nos quais os movimentos da

massa de sedimentos são graduais e cumulativos, estes sedimentos depositados

podem ser muito diferentes no que se refere à grande quantidade de argila e silte

que podem ser ressuspendidas e redepositadas em um curto período de tempo. A

ressuspensão desta porção (massa depositada em cerca de 6 horas) é simulada

através do Esquema-1. Para aqueles sedimentos que não estão sujeitos ao

Esquema-1 (depositados, mas não remobilizados durante este período), estes

podem ser ressuspendidos através do Esquema-2. Sedimentos depositados

durante períodos “inativos” (correntes de pequena intensidade por um período

não superior a 6 horas) nunca serão ressuspendidos através do Esquema-1, mas

poderão ser ressuspendidos através do Esquema-2 quando da ocorrência de

correntes mais intensas (passagem de frentes) num período subsequente.

Algoritmo de Ressuspensão do Esquema-1:

Este esquema é baseado no trabalho de Sanford & Maa (2001) e,

subsequentemente, Lin et al. (2003). Lin et al. (op. cit) aplicou a aproximação de

Sanford & Maa, a qual é empírica e baseada nos experimentos de “sea carousel”.

Esta abordagem permite que a tensão de cisalhamento crítica para erosão varie

com o histórico de deposição e erosão do leito oceânico, e foi utilizada em um

modelo tridimensional de transporte de sedimentos para simular as distribuições

de sedimento em suspensão no Porto de Baltimore (Maryland, EUA). Os

resultados deste modelo obtiveram comparação favorável com dados observados.

Este esquema possui a analogia do conceito de história da deposição de

sedimentos dragados e a simplicidade das formulações de ressuspensão:

( )cbME ττ −= (Equação 7.2.4.5-1)

( ) 54.0017.0027.0 −= mM (Equação 7.2.4.5-2)

( ) 5.0017.086.0 −= mcτ (Equação 7.2.4.5-3)

Programa 07 - 26

onde

E = taxa de ressuspensão (kg/m2/s);

M = parâmetro empírico (kg/m2/s/Pa);

τb = tensão de cisalhamento (atrito) do leito oceânico (Pa);

τc = tensão de cisalhamento (atrito) crítico (Pa) para ressuspensão;

M e τc = função da massa de sedimento m (kg/m2) acumulada durante a última

deposição e ciclo de erosão.

Algoritmo de Ressuspensão do Esquema-2:

Este esquema tradicional é baseado em Van Rijn (1989). A taxa de

ressuspensão é definida como:

paii QCbE ρ= (Equação 7.2.4.5-4)

onde

E = taxa de ressuspensão (kg/m2/s);

bi = fator de correção;

ρ = densidade do sedimento (kg/m3);

Cai = concentração de referência (não-dimensional) do i-ésimo sedimento na

altura de referência a partir do leito oceânico, a partir da formulação de

Van Rijn (1989);

Qp = função de pickup.

A concentração de referência e a função de pickup são definidas como:

3.0*

5.1

015.0DT

aDC i

ai = (Equação 7.2.4.5-5)

*pQ kU= (Equação 7.2.4.5-6)

onde

Programa 07 - 27

cr

crbTτ

ττ −=

(Equação 7.2.4.5-7)

icrcr gDs )1( −= ρθτ (Equação 7.2.4.5-8)

[ ]*02.0

*

1055.02.113.0 D

cr eD

−−++

=θ (Equação 7.2.4.5-9)

3/1

250*)1(

−

=ν

gsDD (Equação 7.2.4.5-10)

e

Di = tamanho característico do sedimento;

D* = tamanho de grão do sedimento não-dimensional;

T = parâmetro de transporte;

a = altura de referência (m, > dureza do fundo);

τb = tensão de cisalhamento eficaz do leito (Pa) sob ação combinada de ondas

e correntes;

τcr = tensão de cisalhamento crítica de Shields do leito oceânico (Pa) para

ressuspensão de sedimento a partir de Soulsby & Whitehouse (1997);

s = densidade específica;

g = aceleração da gravidade;

ν = viscosidade cinemática da água.

Fluxos de ressuspensão baseados no esquema acima são avaliados em

cada locação da célula da grade computacional onde as características da

deposição de sedimentos (massa acumulada, tamanho do grão e histórico) são

mantidas a cada passo de tempo interno do modelo. Quando o fluxo de

ressuspensão é positivo (tensão de fundo excede a tensão crítica), “pacotes”

adicionais de partículas lagrangeanas são liberados na altura vertical a partir do

leito oceânico, zi,:

Programa 07 - 28

si Zxz = (Equação 7.2.4.5-11)

onde

Zs = altura do centróide do sedimento baseada na regressão do perfil de

Rouse (MacDonald et al., 2006);

x = fator de tempo para o perfil de Rouse para desenvolver a altura completa.

Estes parâmetros são definidos como:

−

−

=4.0ln2.1tanh08.1

*100398.0 kUWs

s

i

hZ (Equação 7.2.4.5-12)

∆−−=

htDx z

22exp0.1 (Equação 7.2.4.5-13)

onde

h = profundidade local;

k = constante de von Karman;

U* = velocidade de fricção;

Dz = viscosidade vertical da profundidade média da água;

Δt = passo de tempo.

7.2.4.6. Dados da Operação de Descarte

Os conjuntos de dados de entrada e parâmetros do modelo que definem um

cenário são: local de descarte, período de simulação, duração do descarte,

informações sobre o sedimento, campo de correntes, opções de saída e

parâmetros de simulação. Os resultados de cada simulação correspondem, então,

a um único cenário, definido pelo arquivo de entrada de dados e parâmetros.

As informações de entrada foram obtidas através das planilhas,

fornecidas pela Codesp, que contém: data dos descartes, coordenadas e horários

iniciais e finais de cada descarte, trecho dragado e volume de material despejado

por descarte. (Tabela 7.2.4.6-1). As planilhas são fornecidas à Codesp pelo

Consórcio Draga Brasil, cabendo a Autoridade Portuária l apenas obter o volume

Programa 07 - 29

in situ relativo a cada descarte, por meio de cálculo encaminhado pela Secretaria

de Portos-SEP.

Tabela 7.2.4.6-1. Exemplo da planilha enviada pela Codesp para draga Hang Jun com as informações referentes ao mês de abril de 2010.

CONTROLE SEMESTRAL DE DISPOSIÇÃO DE MATERIAL DRAGADO NO POLÍGONO DE DISPOSIÇÃO OCEÂNICA

Empreendimento: CONSÓRCIO DRAGA BRASIL

Período: 01/04/2010 a 30/04/2010

Data da viagem

Hora inicial e final do despejo

Local dragado e Nível e Tipo de

contaminação Q

uadr

ícul

a Localização do Despejo (lat/lon) Volume

por viagem

(m3) Empreiteira Veículo

Início Fim

01/04/2010 1:20 - 1:27 Trecho 1 Barra Q2 -24.103506

-46.371815 -24.102063 -46.371950 918.60 Draga Brasil Hang Jun

5001

01/04/2010 3:16 - 3:22 Trecho 1 Barra Q2 -24.103336


5001

01/04/2010 5:21 - 5:27 Trecho 1 Barra Q2 -24.100863


5001

01/04/2010 7:23 - 7:30 Trecho 1 Barra Q2 -24.104773


5001

01/04/2010 9:56 - 10:03 Trecho 1 Barra Q2 -24.106508


5001

01/04/2010 12:09 - 12:16

Trecho 1 Barra Q2 -24.104800


5001

01/04/2010 15:09 - 15:26



5001

01/04/2010 17:26 - 17:32



5001

01/04/2010 19:36 - 19:42



5001

01/04/2010 22:06 - 22:13



5001

Estas planilhas de dados foram compiladas de forma a atender a

necessidade do modelo. Cada planilha é referente ao período de 1 mês, portanto

os cenários simulados no modelo correspondem ao mês específico de cada

planilha sendo que, para o mês seguinte, os dados de saída do mês anterior são

utilizados como dado de entrada.

Programa 07 - 30

A granulometria dos sedimentos utilizada nas simulações de descarte refere-

se às características dos materiais de cada trecho da área a ser dragada. A

Tabela 7.2.4.6-2 apresenta a média dos dados de granulometria dos sedimentos

de fundo (FRF, 2008), fornecidos pela Codesp, para cada trecho do projeto de

dragagem.

Tabela 7.2.4.6-2. Granulometria (%) do material descartado (FRF, 2008).

Classe Trecho 1 Trecho 2 Trecho 3 Trecho 4 Argila 17,93 30,6 50,2 54,9

Silte 18,99 22,2 21,0 20,9

Areia muito fina 46,57 25,0 16,9 14,9

Areia fina 12,62 15,1 7,2 4,7

Areia média 1,62 3,1 2,1 2,7

Areia grossa 1,05 2,1 1,4 1,1

Areia muito grossa 1,21 2,0 1,3 0,8

Para a apresentação dos resultados referentes à coluna d’água, foi adotado

um corte no limite de 30 mg/l sugerido pelo Programa de Gestão Ambiental e

Controle da Dragagem – PBA 04 (Fundespa, 2010).

7.3. Resultados e Discussão

Visando disponibilizar uma ferramenta de gestão para facilitar a tomada de

decisões durante a execução da dragagem de aprofundamento do canal de

navegação, bem como para todos os programas a ela relacionados, o Programa

tem por objetivo fornecer previsões:

1. Meteorológicas e oceanográficas diárias, incluindo figuras, análises e

tabelas para correntes, ventos e campos de onda;

2. Da dispersão da pluma de sedimentos, de acordo com a programação de

descarte diária;

3. Simulações (hindcast) das operações de descarte do dia anterior;

Programa 07 - 31

4. Cenários hipotéticos críticos, indicando possíveis deslocamentos da

pluma em direção à costa ou outros recursos naturais.

Com este objetivo, utiliza-se uma combinação de dados ambientais e

diferentes tipos de modelos computacionais (hidrodinâmico, ondas, atmosférico,

de descarte de material dragado, e de transporte de sedimentos) de forma a

implementar um sistema operacional.

Os procedimentos de modelagem operacional e as ferramentas

computacionais empregadas garantem previsões numéricas com alto grau de

confiabilidade, antecipando as alterações no estado de mar e/ou atmosférico na

região de interesse. A modelagem operacional é uma ferramenta importante para

a identificação de períodos críticos em que os descartes de sedimentos

contaminados devam ser evitados ou para o planejamento de operações

alternativas em função de condições de mar impróprias.

7.3.1. Atividades desenvolvidas no 1º semestre: Fevereiro a Junho de 2010

O Primeiro Relatório Consolidado do Programa de Modelagem Operacional

(Fundespa, 2010), contemplou o período entre 28 de Dezembro de 2009 e 14 de

Junho de 2010 e continha:

• Implementação dos modelos atmosférico, oceânico e de ondas, bem como

sua estrutura operacional e emissão de boletins meteo-oceanográficos.

• Resumo semanal das atividades realizadas durante o período;

• Caracterização meteorológica e oceanográfica da região de estudo;

• Resumos mensais das condições de tempo e do oceano previstas pelos

modelos;

• Caracterização da dispersão da pluma de sedimentos, baseada em

relatórios e estudos prévios;

• Análises dos dados de corrente considerados durante a preparação do

modelo hidrodinâmico.

Programa 07 - 32

Neste primeiro relatório não foram apresentados resultados da modelagem

da pluma de sedimentos tendo em vista que até a data de sua entrega, algumas

informações relacionadas às operações de descarte ainda estavam sendo

consolidadas, como volumes transportados e número de viagens das dragas.

7.3.2. Atividades desenvolvidas no 2º semestre: Junho a Novembro de 2010

Neste semestre foram realizadas campanhas de coleta de dados

meteorológicos e oceanográficos. A análise destes dados é apresentada na

Seção 7.3.2.1, sendo estes utilizados para validar os modelos hidrodinâmicos e

atmosférico na Seção 7.3.2.2. Também no segundo semestre do programa,

manteve-se a elaboração e envio diário dos boletins de previsão meteo-

oceanográfica, de forma a atender as necessidades do programa. Uma análise

das condições meteo-oceanográficas de junho a outubro de 2010 é apresentada

na Seção 7.3.2.3.

Com relação à modelagem do descarte de sedimentos, no período

compreendido por este relatório, foram entregues os dados referentes às

operações de dragagens das dragas Xin Hai Hu e Hang Jun 5001 durante os

meses de Março a Junho de 2010. Tais dados foram compilados para serem

utilizados na modelagem da pluma de sedimentos e os resultados são

apresentados na Seção 7.3.2.4. Também foram realizadas modelagens

considerando casos hipotéticos, conforme sugerido pelo cliente. A Tabela 7.3.2-1

apresenta a descrição das atividades realizadas durante o período de 15 de

Junho a 01 de Dezembro de 2010.

Programa 07 - 33

Tabela 7.3.2-1. Atividades realizadas (15 de Junho a 01 de Dezembro de 2010). SEMANA

DO PROJETO

DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE STATUS ATUAL

24

(14/06 a

20/06)

Emissão de Boletins Meteorológicos e Oceanográficos diários para a Codesp e equipes dos PBAs

Concluído

Confirmação dos dados e compilação dos mesmos Concluído

Mobilização para início das campanhas oceanográficas para medição de dados de correntes

Concluído

25

(21/06 a

27/06)


Concluído

Compilação dos dados Concluído

24/06/2010 - Reunião com os responsáveis por cada programa sobre o Relatório Semestral, andamento dos PBAs, dificuldades e

necessidades Concluído

27/06/2010 – Início da primeira campanha oceanográfica para medição de dados de correntes

Concluído

26

(28/06 a

04/07)


Concluído

Início da primeira campanha de coleta de dados de corrente Concluído

Início da coleta de dados meteorológicos Concluído

28/06/2010 – Início da coleta de dados meteorológicos Concluído

Simulações das plumas de sedimento referente ao mês de Março e Abril para as dragas Hang Jun 5001 e Xi Hai Hu

Concluído

27

(05/07 a

11/07)


Concluído

08/07/2010 – Término da primeira campanha oceanográfica para medição de dados de corrente

Concluído

Coleta de dados meteorológicos Concluído


Concluído

28

(12/07 a

18/07)


Concluído

12/07/2010 – Início da segunda campanha oceanográfica para medição de dados de correntes

Concluído



Concluído

Programa 07 - 34

Tabela 7.3.2-1. Continuação.

29

(19/07 a

25/07)


Concluído

Coleta de dados oceanográficos Concluído


Revisão e análise dos dados operacionais de dragagem Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xi Hai Hu considerado os novos dados recebidos

Concluído

22/07/2010 - Reunião na FUNDESPA para discutir parâmetros de corte para a modelagem

Concluído

30

(26/07 a

01/08)


Concluído




Concluído

Visita de Nuala Page, especialista em modelagem de dragagem da ASA Austrália, para auxiliar/sugerir no set up do modelo

Concluído

27/07/2010 – Término da segunda campanha oceanográfica para medição de dados de correntes

Concluído

27/07/2010 – Reunião com líderes das comunidades de pescadores no Instituto de Pesca

Concluído

31/07/2010 – Visita à draga Hang Jun 5001, junto com Nuala Page para analisar o método de dragagem e a pluma in situ

Concluído

31

(02/08 a

08/08)


Concluído




Concluído

Visita de Nuala Page, especialista em modelagem de dragagem da ASA Austrália, para auxiliar/sugerir no set up do modelo

Concluído

32

(09/08 a

15/08)


Concluído




Concluído

Programa 07 - 35


33

(16/08 a

22/08)


Concluído




Concluído

34

(23/08 a

29/08)


Concluído


Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xi Hai Hu

Concluído

23/08/2010 - Reunião na CODESP para apresentação dos PBAs aos Secretários de Meio Ambiente de Santos e Guarujá

Concluído

35

(30/08 a

05/09)


Concluído



Concluído

36

(06/09 a

12/09)


Concluído


Concluído

37

(13/09 a

19/09)


Concluído

Finalização das simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun e Xi Hai Hu considerado os novos dados recebidos para

Março Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xi Hai Hu considerado os novos dados recebidos para Abril

Concluído

38

(20/09 a

26/09)


Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xin Hai Hu para Abril

Concluído

24/09/2010 - Reunião sobre o plano de trabalho para monitoramento e modelagem da pluma do overflow

Concluído

Programa 07 - 36


39

(27/09 a

03/10)


Concluído

Finalização das simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xin Hai Hu para Abril

Concluído

Pós-processamento das simulações: geração de pluma 3D Em andamento

29/09/2010 - Reunião sobre o problema de erosão da Ponta da Praia e estabilidade das estruturas entre a balsa e o canal 6

Concluído

01/10/2010 – Reunião mensal para apresentação dos resultados do PBAs

Concluído

40

(04/10 a

10/10)


Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xin Hai Hu: Maio

Concluído

Pós-processamento das simulações: geração de pluma 3D Concluído

41

(11/10 a

17/10)


Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xi Hai Hu: Maio e Junho

Concluído


42

(18/10 a

24/10)

Emissão de Boletins Meteorológicos e Oceanográficos diários para a

Codesp e equipes dos PBAs Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xin Hai Hu para Maio e Junho

Concluído


43

(25/10 a

31/10)


Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xi Hai Hu para Maio e Junho

Concluído


Preparação das rodadas de casos extremos hipotéticos Concluído

44

(01/11 a

07/11)


Concluído

Simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xin Hai Hu para Maio e Junho

Concluído


Preparação das rodadas de casos extremos hipotéticos Concluído

04/11/2010 – Reunião na FUNDESPA sobre a apresentação dos resultados no Segundo Relatório Consolidado

Concluído

Programa 07 - 37


45

(08/11 a

14/11)


Concluído

Finalização das simulações das plumas de sedimentos das dragas Hang Jun 5001 e Xi Hai Hu para Maio e Junho

Concluído


Preparação das rodadas de casos extremos hipotéticos Em andamento

46

(15/11 a

21/11)


Concluído

Preparação das rodadas de casos extremos hipotéticos Em andamento

47

(22/11 a

28/11)


Concluído

Simulação das rodadas de casos extremos hipotéticos Em andamento

7.3.2.1. Coleta de Dados

Neste período foram realizadas atividades de coleta de dados

meteorológicos e oceanográficos.

Em Santos, foi instalada uma estação meteorológica na posição

23º58'58,86"S e 46º18'34,02"W. Neste relatório são apresentados dados de

vento referentes ao período entre 01/07/2010 e 31/08/2010.

A coleta de dados oceanográficos foi realizada através do fundeio de um

ADCP. A primeira coleta foi realizada próxima à Ilha da Moela (ADCP Santos -

24º03’01’’S; 46º16’17’’W), no período de 27/06/2010 a 08/07/2010. Já a segunda

coleta foi realizada próxima à Praia da Enseada no Guarujá (ADCP Guarujá -

24º01’37’’S; 46º13’25’’W), no período de 13/07/2010 a 30/07/2010. A localização

dos pontos de coleta de dados é apresentada na Figura 7.3.2.1-1.

Programa 07 - 38

Figura 7.3.2.1-1. Localização dos pontos de coleta de dados de vento e corrente.

7.3.2.1.1. Dados Meteorológicos

Os dados de vento, medidos pela estação meteorológica são apresentados

a seguir. A Figura 7.3.2.1.1-1 apresenta o diagrama stick-plot dos vetores e a

intensidade do vento para o mês de Julho, enquanto a Figura 7.3.2.1.1-2

representa o vento do mês de Agosto.

Figura 7.3.2.1.1-1. Série do vento (nós) medido na estação meteorológica em Santos no período de 1 a 31 de julho de 2010.

Programa 07 - 39

Figura 7.3.2.1.1-2. Série do vento (nós) medido na estação meteorológica em Santos no período de 1 a 31 de agosto de 2010.

A Figura 7.3.2.1.1-3 apresenta o histograma direcional do vento para o

período de 01 a 31 de Julho e a Figura 7.3.2.1.1-4 representa o período de 01 a

31 de agosto de 2010. A direção apresentada nestas figuras refere-se ao norte

geográfico e segue a convenção meteorológica. A intensidade do vento está em

nós e a escala de cores representa a porcentagem de observações (Perc. Obs.).

Figura 7.3.2.1.1-3. Histograma direcional dos dados de vento medidos na estação meteorológica em Santos no período de 1 a 31 de julho de 2010.

Programa 07 - 40

Figura 7.3.2.1.1-4. Histograma direcional dos dados de vento medidos na estação meteorológica em Santos no período de 1 a 31 de agosto de 2010.

7.3.2.1.2. Dados Oceanográficos

Ambas as coletas de dados oceanográficos foram realizadas através do

fundeio de um ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). Para esta operação, o

aparelho é colocado no local de medição, dentro de uma estrutura protetora,

sendo os dados acessados apenas quando o aparelho é retirado do local.

Os dados de corrente, medidos pelo ADCP nas proximidades da Ilha da

Moela, relativos ao período de 27 de junho a 8 de julho de 2010 são apresentados

a seguir. A Figura 7.3.2.2-1 apresenta o diagrama stick-plot dos vetores e a

intensidade das correntes medidas entre a superfície e o fundo.

Programa 07 - 41

Figura 7.3.2.2-1. Série de corrente (m/s) medida nas proximidades da Ilha da Moela no período de 27 de junho a 8 de julho de 2010 entre a superfície e o fundo.

Da Figura 7.3.2.2-2 a Figura 7.3.2.2-4 são apresentados os histogramas

direcionais das correntes, para o período de 27 de junho a 8 de julho de 2010,

medidos próximos à superfície, meia água e fundo. A direção apresentada refere-

se ao norte geográfico. A intensidade é apresentada em (m/s) e a escala de cores

representa a porcentagem de observações (Perc. Obs.).

Programa 07 - 42

Figura 7.3.2.2-2. Histograma direcional dos dados de corrente medidos próximos à superfície nas proximidades da Ilha da Moela no período de 27 de junho a 8 de julho de 2010.

Figura 7.3.2.2-3. Histograma direcional dos dados de corrente medidos à meia água nas proximidades da Ilha da Moela no período de 27 de junho a 8 de julho de 2010.

Programa 07 - 43

Figura 7.3.2.2-4. Histograma direcional dos dados de corrente medidos próximos ao fundo nas proximidades da Ilha da Moela no período de 27 de junho a 8 de julho de 2010.

Os dados de corrente, medidos pelo ADCP nas proximidades da Praia da

Enseada no Guarujá, são apresentados a seguir. A Figura 7.3.2.2-5 apresenta o

diagrama stick-plot dos vetores e a intensidade das correntes medidas entre a

superfície e o fundo.

Programa 07 - 44

Figura 7.3.2.2-5. Série de corrente (m/s) medida nas proximidades da Praia da Enseada no Guarujá, no período de 13 a 30 de julho de 2010, na superfície, meia água e fundo.

Da Figura 7.3.2.2-6 a Figura 7.3.2.2-8 são apresentados os histogramas

direcionais das correntes, para o período de 13 a 30 de julho de 2010, medidos

próximo à superfície, meia água e fundo. A direção apresentada refere-se ao

norte geográfico. A intensidade é apresentada em metros/segundo e a escala de

cores representa a porcentagem de observações (Perc. Obs.).

Programa 07 - 45

Figura 7.3.2.2-6. Histograma direcional dos dados de corrente medidos próximos à superfície nas proximidades da Praia da Enseada no Guarujá, no período de 13 a 30 de julho de 2010.

Figura 7.3.2.2-7. Histograma direcional dos dados de corrente medidos à meia água nas proximidades da Praia da Enseada no Guarujá, no período de 13 a 30 de julho de 2010.

Programa 07 - 46

Figura 7.3.2.2-8. Histograma direcional dos dados de corrente medidos próximos ao fundo nas proximidades da Praia da Enseada no Guarujá, no período de 13 a 30 de julho de 2010.

7.3.2.2. Validação dos Modelos

Os dados meteorológicos e oceanográficos coletados proporcionaram uma

validação do modelo atmosférico (WRF-NMM) e do modelo hidrodinâmico Delft.

Para avaliar os erros obtidos nas previsões com os modelos em comparação

com os dados, foram aplicadas três metodologias de comparação: a Raiz do Erro

Médio Quadrático (REMQ), o Erro Absoluto Médio Relativo (RMAE) e o Índice de

Concordância (IOA). Estas três metodologias quantificam o erro do modelo, mas

somente a RMAE e o IOA fornecem critérios que permitem afirmar o quanto o erro

é aceitável.

A Raiz do Erro Médio Quadrático (REMQ) é definida como (Willmott, 1982):

( )∑=

−=n

kkk op

nREMQ

1

21

Programa 07 - 47

onde n é o tamanho da série, ok o valor observado e pk o valor previsto.

A raiz do erro médio quadrático é um indicador do desvio entre o previsto

pelo modelo e as observações e tem a mesma dimensão física (unidade) do

dado. Em uma situação ideal a raiz do erro médio quadrático ideal seria nula.

O Erro Absoluto Médio Relativo (Relative Mean Absolute Error - RMAE) é

definido por Walstra et al. (2001), como sendo:

RMAE ∑

∑

=

=

−= n

ii

n

iii

1

1

dado

modelodado

Como para a REMQ, o RMAE ideal é nulo.

Walstra et al. (2001) apresentam também uma tabela na qual classificam

(qualificam) os valores dos erros, esta qualificação está reproduzida na Tabela

7.3.2.2-1.

Tabela 7.3.2.2-1 - Classificação do RMAE por ranges.

RMAE Qualificação

RMAE < 20 Excelente

20 < RMAE < 40 Bom

40 < RMAE < 70 Razoável

70 < RMAE < 100 Ruim

RMAE > 100 Péssimo

Willmott e Wicks 1980 (apud Willmott, 1982) propuseram o Índice de

Concordância (index of agreement - IOA) definido por:

Programa 07 - 48

( )

( )

−+−

−−=

∑

∑

=

=n

i

n

iIOA

1

2

ii

1

2ii

dadodadodadomodelo

modelodado1

Onde: dado = média do dado.

Em Willmott (1985) o autor afirma que para valores de IOA superiores a 0,5,

o modelo não apresenta erros significativos.

7.3.2.2.1. Modelo Atmosférico

Os dados coletados através da estação meteorológica permitiram a

validação do modelo atmosférico (WRF) para os meses de julho e agosto de

2010. Nesta validação foram utilizadas séries mensais construídas a partir do

primeiro dia de previsão do modelo atmosférico, que é realizada diariamente. Da

Figura 7.3.2.2.1-1 a Figura 7.3.2.2.1-4 são apresentadas as comparações entre

as componentes zonal e meridional do vento, a temperatura e a pressão medidas

pela estação e simuladas pelas duas grades do modelo para julho de 2010. A

primeira grade do modelo abrange a costa do SE do Brasil (G1) e a segunda

grade, que possui maior resolução, é centrada em Santos e considera toda a

costa de São Paulo e porção oceânica adjacente (G2). Todos os resultados

utilizados no trabalho (previsões meteorológicas e forçantes para outros modelos)

são referentes à G2.

A Tabela 7.3.2.2.1-1 apresenta a REMQ e o IOA calculado para a

temperatura, vento zonal, vento meridional e pressão nas duas grades para julho

de 2010. Os erros são significativamente menores na G2 e o IOA apresenta

valores acima de 0,72 para todas as variáveis, com valores maiores na G2.

Portanto, o modelo apresenta resultados bastante satisfatórios na previsão das

principais variáveis atmosféricas.

Programa 07 - 49

Tabela 7.3.2.2.1-1. REMQ e IOA das componentes zonal (u) e meridional (v) do vento, da temperatura e da pressão calculados para Julho de 2010 para as duas grades do modelo atmosférico.

Variável REMQ IOA

G1 G2 G1 G2

Temperatura 3,97 1,79 0,82 0,90

Vento Zonal 6,16 4,96 0,72 0,81

Vento Meridional 4,86 3,14 0,76 0,83

Pressão 3,78 3,71 0,85 0,88

Figura 7.3.2.2.1-1. Comparação da componente zonal (u) do vento observado e simulado para as duas grades do modelo atmosférico para julho de 2010.

Figura 7.3.2.2.1-2 - Comparação da componente meridional (v) do vento observado e simulado para as duas grades do modelo atmosférico para julho de 2010.

Programa 07 - 50

Figura 7.3.2.2.1-3. Comparação da temperatura observada e simulada para as duas grades do modelo atmosférico para julho de 2010.

Figura 7.3.2.2.1-4. Comparação da pressão observada e simulada para as duas grades do modelo atmosférico para julho de 2010.

A Tabela 7.3.2.2.1-2 apresenta a REMQ e o IOA calculado para a

temperatura, vento zonal, vento meridional e pressão nas duas grades para

agosto de 2010. Neste caso, não foi observada uma melhora de desempenho na

G2 com relação à G1. O IOA apresentou valores ligeiramente inferiores do que os

obtidos para o mês de julho. Entretanto, o modelo ainda apresenta um bom

desempenho, com IOA acima de 0,58, e de acordo com o critério de Willmott

(1982, 1985) o IOA obtido mostra que em geral a modelagem não apresenta erros

significativos. Da Figura 7.3.2.2.1-5 a Figura 7.3.2.2.1-8 são apresentadas as

Programa 07 - 51

comparações entre as componentes zonal e meridional do vento, a temperatura e

a pressão medidas pela estação e simuladas pelas duas grades do modelo para

agosto de 2010.

Tabela 7.3.2.2.1-2 - REMQ e IOA das componentes zonal (u) e meridional (v) do vento, da temperatura e da pressão calculados para Agosto de 2010 para as duas grades do modelo atmosférico.

Figura 7.3.2.2.1-5. Comparação da componente zonal (u) do vento observado e simulado para as duas grades do modelo atmosférico para agosto de 2010.

Variável REMQ IOA

G1 G2 G1 G2

Temperatura 3,12 2,99 0,81 0,81

Vento Zonal 7,98 8,15 0,67 0,58

Vento Meridional 6,22 5,37 0,75 0,66

Pressão 1,45 1,44 0,97 0,97

Programa 07 - 52

Figura 7.3.2.2.1-6. Comparação da componente meridional (v) do vento observado e simulado para as duas grades do modelo atmosférico para agosto de 2010.

Figura 7.3.2.2.1-7. Comparação da temperatura observada e simulada para as duas grades do modelo atmosférico para agosto de 2010.

Programa 07 - 53

Figura 7.3.2.2.1-8. Comparação da pressão observada e simulada para as duas grades do modelo atmosférico para agosto de 2010.

7.3.2.2.2. Modelo Hidrodinâmico

A seguir são apresentados os resultados da modelagem hidrodinâmica

comparados aos dados coletados com ADCP nas proximidades da Ilha da Moela

e no Guarujá.

A Tabela 7.3.2.2.2-1 apresenta os erros das componentes zonal (u) e

meridional (v) das correntes para as duas posições, com base nos métodos

apresentados acima.

Tabela 7.3.2.2.2-1. Quantificação do erro da modelagem para as componentes zonal (u) e meridional (v) da corrente.

REMQ (cm/s) RMAE IOA

Moela Guarujá Moela Guarujá Moela Guarujá

Comp. U 0,14 0,14 0,54 0,51 0,69 0,79

Comp. V 0,13 0,14 0,54 0,51 0,50 0,59

A aplicação destas metodologias mostra que: de acordo com o critério do

RMAE (Walstra et al. 2001) a modelagem pode ser considerada com razoável e,

de acordo com o critério de Willmott (1982, 1985) o IOA obtido mostra que em

geral a modelagem não apresenta erros significativos. Assim, de acordo com

Programa 07 - 54

estes dois critérios, podemos considerar que a modelagem hidrodinâmica

reproduz as principais características de transporte na região de interesse.

Para a região da Ilha da Moela a comparação entre as velocidades médias e

máximas do modelo e do dado resultou nos seguintes valores:

• Média da velocidade (m/s) do dado = 0,16

• Média da velocidade (m/s) do modelo = 0,13

• Erro percentual na média da velocidade = 0,17

• Velocidade máxima (m/s) do dado = 0,45

• Velocidade máxima (m/s) do modelo = 0,43

• Erro percentual na velocidade máxima = 0,04

Para a região do Guarujá a comparação entre as velocidades médias e

máximas do modelo e do dado resultou nos seguintes valores:

• Média da velocidade (m/s) do dado = 0,21

• Média da velocidade (m/s) do modelo = 0,15

• Erro percentual na média da velocidade = 0,28

• Velocidade máxima (m/s) do dado = 0,52

• Velocidade máxima (m/s) do modelo = 0,38

• Erro percentual na velocidade máxima = 0,26

A análise dos erros percentuais, apresentada acima, mostra que na região

da Ilha da Moela os resultados da modelagem se aproximaram bastante dos

valores medidos e, na região do Guarujá, os valores da intensidade das correntes

modeladas foram inferiores às medições. Contudo não existe um critério objetivo

que estabeleça o quanto os erros percentuais sejam aceitáveis ou não.

Se considerarmos que o critério do RMAE de Walstra et al. (2001) seja

aplicável ao erro percentual (o que é razoável já que o cálculo do erro percentual

é praticamente o mesmo do RMAE, ou seja: |dado-modelo|/|dado|), então o maior

Programa 07 - 55

erro que é o erro percentual na média da velocidade = 0,28 %, qualifica a

modelagem como boa.

A Figura 7.3.2.2.2-1 e a Figura 7.3.2.2.2-2 mostram as comparações dos

resultados da modelagem e os dados medidos com ADCP nas duas localidades e

para as camadas próximas à superfície.

Figura 7.3.2.2.2-1. Comparação das componentes (u) e (v) observadas e simuladas para os dados coletados nas proximidades da Ilha da Moela na camada superficial.

Programa 07 - 56

Figura 7.3.2.2.2-2. Comparação das componentes (u) e (v) observadas e simuladas para os dados coletados no Guarujá na camada superficial.

7.3.2.3. Previsão e Monitoramento Meteo-Oceanográfico

O sistema de modelagem operacional e o sistema de envio diário de boletins

se encontram acoplados e funcionais. Os resultados da modelagem e sua análise

sinótica têm sido apresentados diariamente no seguinte formato:

(1) Descrição sinótica para os próximos 03 (três) dias;

(2) Previsão de longo termo;

(3) Tabela com 03 (três) dias de previsão atmosférica e oceanográfica

(referente às coordenadas 24,1ºS/46,3ºW), para os seguintes

parâmetros: temperatura do ar, pressão atmosférica ao nível do mar,

quantidade de nuvens, precipitação, vento (direção, velocidade média e

velocidade máxima), corrente (direção e velocidade média) e ondas

Programa 07 - 57

(altura máxima, altura significativa, altura de swell, altura de seawind,

período de pico e direção de pico das ondas);

(4) Ilustrações para velocidade e direção do vento, cobertura de nuvens,

precipitação, velocidade e direção da corrente de superfície, elevação da

superfície e altura significativa e direção de pico da onda.

Os boletins são disponibilizados através de endereço eletrônico

(www.dragagemdoportodesantos.com.br) e um exemplo é apresentado no

Anexo 7.8-1.

Neste período foram analisadas as condições meteo-oceanográficas de

junho a outubro de 2010. Para apresentação dos resultados obtidos foram

construídas séries mensais a partir do primeiro dia de previsão dos modelos

atmosférico, hidrodinâmico e de ondas na posição 24,1°S e 46,3°W.

A Figura 7.3.2.3-1 apresenta os resultados obtidos para o vento em

superfície, corrente em superfície, altura significativa e período de pico da onda

para o mês de junho de 2010. No mês de junho cinco sistemas frontais

influenciaram a região de estudo, três na primeira quinzena e dois na segunda

quinzena. Os ventos e as correntes mais intensos foram associados ao segundo

sistema frontal do mês, que atuou sobre a região nos dias 5 e 6 de junho. As

maiores alturas de onda ocorreram no início e no meio do mês, associadas aos

sistemas frontais que atuaram sobre a região nos dias 1-2 e entre os dias 9 e 12

de junho.

http://www.dragagemdoportodesantos.com.br/�

Programa 07 - 58

Figura 7.3.2.3-1. Séries de vento em superfície (nós), corrente em superfície (m/s), altura (m) e direção de pico das ondas para junho de 2010.

O resumo das condições atmosféricas e oceânicas para o mês de junho é

observado na Tabela 7.3.2.3-1. Para caracterização das condições de tempo,

foram utilizadas duas classificações: condições normais (CN), que consideram

condições atmosféricas sem a influência de nenhuma perturbação significativa; e

condições frontais (CF), quando a região está sob a influência de sistemas

frontais.

Programa 07 - 59

Tabela 7.3.2.3-1. Resumo das condições do tempo, intensidade (nós) e direção do vento médio e máximo em superfície, intensidade (m/s) e direção da corrente média e máxima em superfície e altura (m) e direção de pico das ondas para junho de 2010.

Programa 07 - 60



para o mês de julho de 2010. Neste mês, quatro sistemas frontais influenciaram a

região de estudo. Os ventos e correntes mais intensos, bem como as maiores

alturas de ondulação, foram associados ao terceiro sistema frontal do mês, que

atuou sobre a região entre os dias 13 e 18 de julho.

Figura 7.3.2.3-2. Séries de vento em superfície (nós), corrente em superfície (m/s), altura (m) e direção de pico das ondas para julho de 2010.

O resumo das condições atmosféricas e oceânicas para o mês de julho é

observado na Tabela 7.3.2.3-2.

Programa 07 - 61

Tabela 7.3.2.3-2. Resumo das condições do tempo, intensidade (nós) e direção do vento médio e máximo em superfície, intensidade (m/s) e direção da corrente média e máxima em superfície e altura (m) e direção de pico das ondas para julho de 2010.

Programa 07 - 62



para o mês de agosto de 2010. Neste mês, quatro sistemas frontais influenciaram

a região de estudo. Os ventos mais intensos e as maiores alturas de ondulação

foram vistos durante o primeiro sistema frontal do mês, que atuou sobre a região

entre os dias 01 e 06 de agosto. As correntes mais intensas ocorreram durante a

passagem do segundo sistema frontal, entre os dias 09 e 11 de agosto, embora

as intensidades não tenham sido muito superiores àquelas observadas durante o

primeiro e o terceiro sistema frontal.

Figura 7.3.2.3-3. Séries de vento em superfície (nós), corrente em superfície (m/s), altura (m) e direção de pico das ondas para julho de 2010.

Programa 07 - 63

O resumo das condições atmosféricas e oceânicas para o mês de agosto é

apresentado na Tabela 7.3.2.3-3.

Tabela 7.3.2.3-3. Resumo das condições do tempo, intensidade (nós) e direção do vento médio e máximo em superfície, intensidade (m/s) e direção da corrente média e máxima em superfície e altura (m) e direção de pico das ondas para agosto de 2010.

Programa 07 - 64



para o mês de setembro de 2010. Neste mês, três sistemas frontais influenciaram

a região de estudo. Os ventos mais intensos e as maiores alturas de ondulação

foram vistos logo após a passagem do primeiro sistema frontal do mês, que atuou

sobre a região entre os dias 5 e 9 de setembro. As correntes mais intensas

ocorreram durante a passagem deste sistema frontal. Os outros sistemas frontais

verificados no mês de setembro influenciaram a região entre os dias 15 e 19 e

entre os dias 23 e 30.

Figura 7.3.2.3-4. Séries de vento em superfície (nós), corrente em superfície (m/s), altura (m) e direção de pico das ondas para setembro de 2010.

Programa 07 - 65

O resumo das condições atmosféricas e oceânicas para o mês de setembro

é apresentado na Tabela 7.3.2.3-4.

Tabela 7.3.2.3-4. Resumo das condições do tempo, intensidade (nós) e direção do vento médio e máximo em superfície, intensidade (m/s) e direção da corrente média e máxima em superfície e altura (m) e direção de pico das ondas para setembro de 2010.

Programa 07 - 66



para o mês de outubro de 2010. Neste mês, quatro sistemas frontais

influenciaram a região de estudo durante a maior parte do mês. Os ventos e as

correntes mais intensas atuaram sobre a região durante a influência do primeiro

sistema frontal do mês, observado de 1 a 6 de outubro. Já as maiores alturas de

ondulação ocorreram associadas à atuação do segundo sistema frontal do mês,

que atuou sobre a região entre os dias 8 e 12 de outubro. Os outros sistemas

frontais verificados no mês de outubro influenciaram a região entre os dias 16 e

19 e entre os dias 24 e 27.

Figura 7.3.2.3-5. Séries de vento em superfície (nós), corrente em superfície (m/s), altura (m) e direção de pico das ondas para outubro de 2010.

Programa 07 - 67

O resumo das condições atmosféricas e oceânicas para o mês de outubro é

apresentado na Tabela 7.3.2.3-5.

Tabela 7.3.2.3-5. Resumo das condições do tempo, intensidade (nós) e direção do vento médio e máximo em superfície, intensidade (m/s) e direção da corrente média e máxima em superfície e altura (m) e direção de pico das ondas para outubro de 2010.

Programa 07 - 68

7.3.2.4. Modelagem da Dispersão da Pluma de Sedimentos

As modelagens das operações de dragagem do canal do Porto para os

meses de março a junho de 2010 iniciaram após o recebimento e tratamento dos

dados fornecidos pela Codesp referentes às operações de dragagem das dragas

Hang Jun e Xin Hai Hu.

Os dados foram enviados pela Codesp em forma de planilhas, contendo a

data da viagem, duração da viagem, o horário inicial e final do despejo, o local

dragado, a quadrícula onde realizou o descarte, as coordenadas (longitude e

latitude) iniciais e finais do despejo, o volume descartado por viagem, a

empreiteira (no caso, o Consórcio Draga Brasil) e o nome da draga (Xin Hai Hu ou

Hang Jun 5001). A Codesp recebe as informações de local e horário de início e

fim do despejo do Consórcio Draga Brasil e, posteriormente, calcula o volume in

situ relativo a cada descarte.

As simulações referentes ao mês de março compreenderam o período de 01

a 31 de março de 2010 para a draga Hang Jun 5001 e de 18 a 31 de março de

2010 para a draga Xin Hai Hu. Para o mês de abril e maio, ambas as simulações

corresponderam ao mês completo e para junho a simulação foi realizada até o dia

27, data de realização da batimetria.

A Tabela 7.3.2.4-6 apresenta um resumo dos dados das planilhas que foram

utilizados nas simulações. Para maior eficácia do modelo, foi assumido um

intervalo mínimo de descarte de 5 minutos. Os dados de duração dos descartes

variam, cada descarte apresenta uma duração, porém para as simulações

realizadas no modelo foram consideradas que a menor duração possível do

descarte seria 5 minutos, portanto, se na planilha que a Codesp fornece fosse

encontrado um descarte de 2 minutos, esse descarte seria considerado no

modelo como 5 minutos. Os descartes com duração igual ou superior a 5 minutos

permaneceram com os valores de duração indicados. A granulometria adotada

para realização deste projeto foi obtida do EIA/RIMA para a dragagem do Porto

Organizado de Santos (FRF, 2008).

Programa 07 - 69

Tabela 7.3.2.4-1. Resumo dos dados referentes às dragas para os meses de março a junho de 2010.

Draga Período Volume por

mês (m³)

Volume por

Descarte (m³)

Xin Hai Hu

Março (18/03/2010-31/03/2010) 176.975,9 1.653,98

Abril (01/04/2010-30/04/2010) 358.913,7 1.653,98

Maio (01/05/2010-31/05/2010) 439.215,0

1.653,98 1.594,28 3.804,38

Junho (01/06/2010-27/06/2010) 357.611,7 3.804,38

Hang Jun

Março (01/03/2010-31/03/2010) 280.173,0 918,60

Abril (01/04/2010-30/04/2010) 183.720,0 918,60

Maio (01/05/2010-31/05/2010) 243.625,0 2.602,69

Junho (01/06/2010-27/06/2010) 379.992,7 2.602,69

Volume total descartado 2.420.227,0

Tabela 7.3.2.4-2. Granulometria do trecho 1 obtida no EIA (FRF, 2008).

Granulometria (%) Média

Argila 17.9

Silte 19.0

Areia muito grossa 1.2

Areia grossa 1.0

Areia média 1.6

Areia fina 12.6

Areia muito fina 46.6

Na demonstração dos resultados obtidos pela modelagem da pluma de

sedimento foi adotado um corte mínimo na concentração de 30 mg/L, o qual foi

sugerido pelos Programas de Gestão Ambiental e Controle da Dragagem - PBA

04 (Fundespa, 2010), por ser o limite de quantificação do laboratório para análise

de Sólidos Totais em Suspensão. Lembrando que o modelo não considera os

valores de background, e que os mesmos correspondem aos valores de

concentração já existentes no meio ambiente.

Programa 07 - 70

Os resultados apresentados abaixo correspondem à:

1. Área de abrangência da pluma: área total que a pluma percorreu em

todos os instantes de tempo, para 1 descarte, lembrando que a pluma

não atinge toda essa área em um mesmo momento e esta figura

considera as concentrações máximas ao longo de toda coluna d’água.

2. Espessura do material depositado de 1 descarte e dos meses março,

abril, maio e junho de 2010.

3. Pluma em instantes críticos, como por exemplo, no dia 12 de abril de

2010 (Figura 7.3.2.4-7), onde é possível observar as máximas

concentrações na coluna d’água da pluma para esse instante. O

resultado mostra as concentrações para toda a coluna d’água para

aquele instante, a pluma está distribuída ao longo da coluna e

possivelmente não seria possível avistá-la na superfície.

Para demonstração da pluma proveniente de um único descarte do material

dragado, foi selecionado um descarte realizado pela draga Xin Hai Hu (draga com

maior capacidade). O volume de descarte considerado para esta simulação foi de

3.804,38 m³, maior volume encontrado nas tabelas disponibilizadas pela Codesp.

Para esta simulação, foi considerado o descarte do dia 1° de maio de 2010

e o material descartado permanece sob as condições hidrodinâmicas locais pelo

período de 1 dia. A concentração máxima na coluna d’água foi de 4.406,26 mg/l, e

a área de abrangência da pluma no final de 1 dia é de 14,9 Km². No dia 1° de

maio a condição meteorológica era normal com corrente média para direção oeste

e intensidade de 0,02 nós (Figura 7.3.2.4-1).

Programa 07 - 71

Figura 7.3.2.4-1. Área de abrangência da pluma do primeiro descarte realizado pela draga Xin Hai Hu no dia 1 de maio de 2010. Volume de 3.804,38 m³.

A Figura 7.3.2.4-2 representa a deposição de sedimento no final de um dia

para um descarte. A espessura máxima é de 15,7 mm. O critério de corte

adotado, espessuras maiores ou iguais a 1 mm, baseia-se em um estudo em áreas dragadas nos EUA (regiões costeiras), onde organismos (considerando

diferentes espécies e estágios de vida) precisariam de espessuras superiores a 1

mm para sofrer efeitos letais significativos (ASA, 2003).

Programa 07 - 72

Figura 7.3.2.4-2. Espessura (mm) de sedimentos depositados para 1 descarte realizado no dia 1 de maio de 2010, simulação por 1 dia.

As animações referentes a este único descarte (Animação 01) e as

animações referentes aos meses de março (Animação 02), abril (Animação 03),

maio (Animação 04) e junho (Animação 05) estão no anexo 7.8-2.

A tabela 7.3.2.4-3 apresenta as máximas deposições, em mm, observadas

para os meses de março, abril, maio e junho de 2010 e as figuras 7.3.2.4-3,

7.3.2.4-4, 7.3.2.4-5 e 7.3.2.4-6 representam as espessuras dos sedimentos

depositados para tais meses, para ambas as dragas, com critério de corte de

1 mm.

Programa 07 - 73

Tabela 7.3.2.4-3. Máximas espessuras, em mm, para os meses de março, abril, maio e junho de 2010.

Março Abril Maio Junho

Espessura (mm) 404 542 756 807

Figura 7.3.2.4-3. Espessura (mm) de sedimentos depositados durante o mês de março de 2010.

Programa 07 - 74

Figura 7.3.2.4-4. Espessura (mm) de sedimentos depositados durante o mês de abril de 2010.

Programa 07 - 75

Figura 7.3.2.4-5. Espessura (mm) de sedimentos depositados durante o mês de maio de 2010.

Programa 07 - 76

Figura 7.3.2.4-6. Espessura (mm) de sedimentos depositados durante o mês de junho de 2010.

Para demonstração de instantes críticos da pluma de sedimento foram

selecionados 3 instantes sob influência de frentes frias para os meses de abril,

maio e junho de 2010. Convém ressaltar que a frente fria que atingiu a região do

litoral de Santos no período de 5 a 11 de abril foi uma das mais intensas do ano.

A Figura 7.3.2.4-7 apresenta a pluma de sedimento no dia 08 de abril de 2010 as

22:30 h. A Figura 7.3.2.4-8 apresenta o instante do dia 10 de maio de 2010 as

07:40 h. A Figura 7.3.2.4-9 apresenta o instante do dia 09 de junho de 2010 as

07:30 h.

Programa 07 - 77

Figura 7.3.2.4-7. Máximas concentrações da pluma de sedimento descartado no dia 08 de abril de 2010 às 22h30min. Condição de frente fria.

Programa 07 - 78

Figura 7.3.2.4-8. Máximas concentrações da pluma de sedimento descartado no dia 10 de maio de 2010 às 07h40min. Condição de frente fria.

Programa 07 - 79

Figura 7.3.2.4-9. Máximas concentrações da pluma de sedimento descartado no dia 09 de junho de 2010 às 07h30min. Condição do tempo em frente fria.

Programa 07 - 80

7.3.2.4.1-Casos Hipotéticos

Caso Hipotético - 1

Para simular um dos casos hipotéticos solicitados pela Codesp foi realizada

uma simulação de um descarte no interior da Baia de Santos (Figura 7.3.2.4.1-1).

Para esta simulação foi selecionado o descarte realizado no dia 22 de maio de

2010 às 11 horas da manhã para draga Xin Hai Hu durante condição de frente

fria. O volume de descarte considerado foi o maior volume encontrado nos dados

reais, 3.804,38m³. Para este caso hipotético apenas o local de descarte foi

alterado. O descarte ocorreu às 11 da manhã e a duração da simulação foi

realizada pelo período de 3 dias, portanto o material que foi descartado fica sob

as condições hidrodinâmicas por este período (Figura 7.3.2.4.1-2).

Figura 7.3.2.4.1-1 Caso Hipotético – 1. Localização do descarte.

Programa 07 - 81

Figura 7.3.2.4.1-2. Caso Hipotético -1.- Área de abrangência da pluma do material descartado no interior da Baia de Santos, oriundo de 1 descarte por 1 dia. Volume descartado de 3.804,38 m³.

A Figura 7.3.2.4.1-3 representa a deposição de sedimento no final do terceiro dia de simulação. A espessura máxima obtida é de 19,8 mm. O corte de 1 mm

também foi adotado para representação desta figura.

Programa 07 - 82

Figura 7.3.2.4.1-3. Caso hipotético – 1. Espessura em milímetros observada no final do terceiro dia de simulação de um descarte realizado no interior da Baia de Santos.

Programa 07 - 83


O segundo caso hipotético foi a simulação pelo período de 10 dias, com os

dados de volumes de descarte referentes ao mês de maio para draga Xin Hai Hu

os dados de volume utilizados na simulação são iguais aos dados enviados pela Codesp que se referem ao mês de maio. Foi considerada uma corrente constante

na direção WSW – oeste-sudoeste. Os dados de onda utilizados nesta simulação

correspondem às maiores alturas de ondas observadas no primeiro semestre de 2010. A Figura 7.3.2.4.1-4 apresenta a área de influência da pluma para este

cenário hipotético.

Figura 7.3.2.4.1-4. Caso Hipotético – 2. Área de abrangência da pluma para os 10 dias de simulação com corrente constante para oeste-sudoeste.

Programa 07 - 84


O terceiro caso hipotético é o aumento na intensidade da corrente durante

uma frente fria. Os valores de volume utilizados no relatório são os valores

referentes ao mês de maio e os dados de onda referente ao mês de abril (maiores

alturas encontradas no semestre). Para simular a frente fria hipotética utilizada

neste caso hipotético, foi utilizado o vento que ocorreu durante a frente fria do

início de abril de 2010 multiplicando-o em 50% e então utilizado como dado de

entrada do modelo hidrodinâmico. O hidrodinâmico para este cenário tem 14 dias

de simulação: iniciando em condições meteorológicas normais, durante 2 dias,

com corrente no sentido sudoeste; após dois dias ocorre a entrada da frente,

inversão da corrente para nordeste, por 10 dias, após estes 10 dias volta a

apresentar corrente para sudoeste nos 2 últimos dias de simulação.

A Figura 7.3.2.4.1-5 apresenta a área varrida pela pluma, em concentrações

máximas para toda coluna d’água, para este terceiro caso hipotético.

Programa 07 - 85

Figura 7.3.2.4.1-5. Caso Hipotético – 3. Área de abrangência da pluma para os 14 dias de simulação, durante uma frente fria hipotética.

As animações referentes aos casos hipotéticos estão no Anexo 7.8-2. Os

casos hipotéticos correspondem a situações de correntes nas direções

preferenciais da região, correntes de nordeste e de sudoeste. Para ambos os

casos a pluma de sedimento não chegou à costa. Para o caso de um descarte

acidental, dentro da baia de Santos, conforme o caso hipotético 1, observa-se a

pluma não atinge nem a praia de Santos nem a praia do Goés.

7.4. Considerações Finais

A emissão de boletins meteoceanográficos encontra-se consolidada e

operacional, gerando boletins diários que são enviados para todos os

participantes dos Programas (PBAs).

Programa 07 - 86

As campanhas de coleta de dados meteorológicos e oceanográficos

proporcionaram a validação dos modelos atmosféricos e hidrodinâmicos. Os

resultados obtidos foram satisfatórios e indicaram que ambos os modelos

capturaram os principais padrões da circulação atmosférica e oceânica da região.

Sobre os boletins de dispersão da pluma, a equipe deste programa aguarda

as informações semanais no formato que possam ser utilizadas

operacionalmente. As simulações referentes às dragagens para os meses de

março a junho de 2010 estão concluídas.

As simulações referentes a março, abril, maio e junho de 2010, para ambas

as dragas foram concluídas, sendo observado que as maiores espessuras de

deposição de sedimento e as maiores concentrações na coluna d’água

encontraram-se próximas aos locais de descartes (vide animações no anexo 7.8-

2). A direção preferencial de dispersão da pluma de sedimentos durante estes

meses corresponde às direções de corrente, sentido nordeste-sudoeste. Foram

realizadas simulações de alguns casos hipotéticos de descartes sob condições

adversas, sendo observado que, em nenhum deles a pluma atingiu a costa ou a

Laje de Santos.

7.5. Cronograma

Com relação às atividades propostas pelo Programa, será dada continuidade

ao envio diário dos boletins com a previsão meteo-oceanográfica.

Programa 07 - 87

Tabela 7.6-1 - Cronograma de trabalho.

ATIVIDADES

MÊS

2010 2011

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez jan fev mar abr mai jun

Programa 07

Modelagem atmosférica e oceanográfica

Resumos mensais das condições de tempo e do oceano

Modelagem da Pluma de Descarte - Reais

Modelagem da Pluma de Descarte - Hipotéticos

Levantamento de Campo

Calibração do Modelo Hidrodinâmico

Resumo das atividades semanais

Caracterização meteo- oceanográfica da região de estudo

Relatórios Mensais

Relatório consolidado

7.6. Referências Bibliográficas

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Programa 07 - 88

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Programa 07 - 89

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Programa 07 - 91

7.7. Equipe Técnica

André Paim Ferraz Rodrigues - Oceanógrafo

Eduardo Ayres Yassuda - Engenheiro

Dra.Gabriela Freire Cassiano - Oceanógrafa

Dr. Gabriel Clauzet – Oceanógrafo Físico

Dr. Marco Antonio Corrêa – Oceanógrafo Físico

Dra. Maria Regina Fonseca Guimarães - Oceanógrafa Física

Mariana Coppedê Cussioli – Oceanógrafa

Dra.Tatiana Jorgetti – Meteorologista

7.8. Anexo

• Anexo 7.8-1. Boletim meteo-oceanográfico.

• Anexo 7.8-2 Animações referentes à pluma de descarte, recomenda-se a

utilização do Adobe Reader 9.0 ou superior.

Programa 7

ANEXO 7.8-1. BOLETIM METEOCEANOGRÁFICO

Programa 7

Programa 7

ANEXO 7.8-2 ANIMAÇÕES REFERENTES À PLUMA DE DESCARTE,

RECOMENDA-SE A UTILIZAÇÃO DO ADOBE READER 9.0 OU SUPERIOR.

7. programa de modelagem operacional da pluma …licenciamento.ibama.gov.br/dragagem/dragagem -...

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